Nevroendokrin regulering av kjønnsmodning

Like dokumenter
Zebrafish as a model for human development and disease. Jon Vidar Helvik

Hva viser genanalyser av muskulatur hos laks med mørke flekker. Aleksei Krasnov, Hooman Moghadam Nofima, Ås

Immunstimulanter for potensiering av torskens naturlige immunsystem

Introduksjon til RNA & Transkriptomikk

Transport av ioner og næringsstoffer over cellemembranen

Nytt fotopigment funnet hos fisk

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK EKSAMEN I EMNE TFY4260 CELLEBIOLOGI OG CELLULÆR BIOFYSIKK

Stamfisk og kjønnsmodning. Birgitta Norberg, Havforskningsinstituttet, Forskningsstasjonen Austevoll

Kapittel 20, introduksjon

Genkartlegging. Hva er egentlig et genkart? Genetisk og fysisk kartlegging

Reproduksjon av dyrevirus. Adsorpsjon Penetrasjon og avkledning Replikasjon og transkripsjon Syntese og samling (assembly) av viruskapsid Frigjøring

Reproduksjon av dyrevirus. Adsorpsjon Penetrasjon og avkledning Replikasjon og transkripsjon Syntese og samling (assembly) av viruskapsid Frigjøring

EKSAMEN I EMNE SIF4070 CELLEBIOLOGI Mandag 7. mai 2001 Tid: kl Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt.

ML-208, generell informasjon

Vekst og kjønnsmodning i kveite: Interaksjoner og koblinger til lysperiode

Bruk av genteknologiske analyser ved diagnostikk av luftveisinfeksjoner. Gardermoen Svein Arne Nordbø

Transport av ioner og næringsstoffer over cellemembraner. Læringsmål IA: Beskrive ulike mekanismer for transport over membraner

Den komplette DNA sekvens fra en organisme.

Eksamensoppgave i Bi3016 Celle og molekylærbiologi Examination in Bi3016 Cell and molecular biology

Kapittel 14: Det eukaryote genom og dets uttrykksregulering

NGS (Neste Generasjons Sekvensering) i diagnostikk, erfaringer og resultater

Cellesignalisering II: Reseptor tyrosin kinaser, cytosoliske kinaser

BMXART0814 ( ) M340 8 inn ana TC/RTD, 2*FCN

ML-208, generell informasjon

Examination paper for Bi2014 Molecular Biology

Examination paper for Bi2014 Molecular Biology

Oppgave: MED2200-2_OPPGAVE1_H16_ORD

Studie av tidlig mangel av mikronæringsstoff i regnbueørret med neste-generasjons sekvenseringsteknologi

Janus kreftbiobank og mirna forskning

2. Å R S B E R E T N I N G O G R E G N S K A P F O R A ) Å r s b e r e t n i n g o g r e g n s k a p f o r

Populasjonsgenomikk på torsk -et verktøy for identifisering av viktige genomiske regioner for oppdrettsnæringen.

Nye stjerner hos AH diagnostics AH diagnostics introduserer det nye ECO Real Time PCR systemet fra. Kompakt. Super effektiv

Amplifikasjonsteknikker - andre metoder

DM6814/DM5814 User s Manual

EKSAMENSOPPGAVE I BI2014 MOLEKYLÆRBIOLOGI

europeisk patentskrift

Kan muskelproblemer hjelpe til med å forklare bevegelser hos pasienter med Huntingtons sykdom? En stor bevegelse

Avhengighet og gener - et evolusjonært perspektiv

Vil laksegenomet løse sykdomsproblematikken i akvakulturnæringen? Unni Grimholt CEES, Biologisk Institutt, UiO

Examination paper for Bi2014 Molecular Biology

Farmakodynamikk! Farmakodynamikk, definisjon:! Legemidlers virkningssted (targets) og virkningsmåte. Reseptorbegrepet; definisjon

Flervalgsoppgaver: Nervesystemet

Sammenligningen mellom Arabidopsis thaliana genomet og de kjente genomene fra cyanobakterier, gjær, bananflue og nematode, viser bl. a.

Hvordan trenger sårbakterier gjennom laksens hudbarriere?

GENER, genregulering, og genfamilier

SERK1/2 Acts as a Partner of EMS1 to Control Anther Cell Fate Determination in Arabidopsis

Måling av kjønnshormoner. Kjønnshormonforstyrrelser menn. Ellen M Haave, Hormonlaboratoriet November 2015

Viktige opplysninger: Oppgavesettet utgjør totalt 100 vekttall. Antall vekttall er vist i parentes ved hver spørsmålsgruppe.

Plan. Pensum i bioinformatikk. Hva er bioinformatikk?

Utvikling av forskningsinfrastruktur i samspill med brukerne og hvordan sikre transparent prosjektutvelgelse. Dag Undlien

Bioteknologi/digital teknikk

NORMAL PUBERTET. D. Veimo. Bergen 2012 DV

HIV / AIDS -infeksjon - behandling

Supplemental Data. Wiludda et al. Plant Cell. (2012) /tpc

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK EKSAMEN I EMNE TFY4260 CELLEBIOLOGI OG CELLULÆR BIOFYSIKK

Foreleser: Eivind Coward, kontor 5. etg. Datablokken. Gruppeleder: Harald Barsnes

Institutt for biologi Faglig kontaktperson under eksamen: Berit Johansen, EKSAMEN I: BI1001 Celle- og molekylærbiologi BOKMÅL

4.5 Lakselus vaksineutvikling

Embryologi og normal fosterutvikling for patologer

Oncogenic Mutations Affecting Cell Proliferation

Oversikt over kap. 11. Kap. 11 Den direkte påvisning av genotype skiller individuelle genomer. Fire klasser av DNA polymorfismer.

Kjønnssortering av torskeyngel. Contact: Managing Director Dr. Reid Hole Tel: , rhole@online.no

NITO Bioingeniørfaglig Institutt kurs i Immunologi The Edge, Tromsø, 11. februar Generell Immunologi

Repetisjonsoppgaver samling 1 Cellen

Regulering av DNA Transkripsjon i Eukaryote Organismer. ID, Kull 99, Vår 2001 Frank Skorpen IKM, DMF

HIV / AIDS - infeksjon - behandling. PBM 233 Mikrobiologi Siri Mjaaland

FHF prosjekt nr : Multifaktorielle sykdommer i norsk lakseoppdrett. Lill-Heidi Johansen

Arabidopsis thaliana, vårskrinneblom

Molekylærbiologiske målemetoder: Mange metoder og noen anvendelser

Protein Sorting- Kap. 17

Supplemental Information

Lysstyring - kjønnsmodning laks og torsk

BI 212- Protein Sorting - Kap. 17 Syntese og mål for mitokondrie- og kloroplast-proteiner (forts.)

Mette Langaas. Norsk Regnesentral Mette Langaas 1. Plan

Regulering av karbohydratstoffskiftet

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK EKSAMEN I EMNE SIF4070 CELLEBIOLOGI

Fordøyelse i tidlige livsstadier:

Epigenetikk: 2 Fosterhjemskontakt 2/17. Om forfatterene

Idrett og energiomsetning

Et virus assosiert med HSMB er kartlagt. Del 2: Metodikk og potensiale. Torstein Tengs

Fragilt X syndrom. Gry Hoem Lege, PhD, Medisinsk Genetikk, UNN

RelEx v. 1.0 (2004) Michael J. MacCoss and John D. Venable, The Scripps Research Institute, La Jolla, CA (2002)

Reproduksjonsfysiologi hos marine kaldtvannsarter i oppdrett

Hva kan vi bruke WGS til?

Molekylær patologi Amplifikasjonsmetoder

Oppgavesett, Runde 1 Norsk Biologiolympiade, Skoleåret 2016/2017

Mikromatriser introduksjon. Strategi for mikromatrise eksperimenter. Forelesning # 8. Bruksområder. Mikromatriser trinn for trinn. Lars O.

Effekten av doseeskalering på tumorkrympning ved ekstern strålebehandling av lokalavansert livmorhalskreft

I N N K A L L I N G T I L O R D I N Æ R T S A M E I E R M Ø T E

Semmelweis University. Genetic and epigenetic regulation of. Dept. GCI. the immune response. András Falus. November

T h e J o u r n a l o f E x p e r i m e n t a l M e d i c i n e

Eksamensoppgave i PSY1013/PSYPRO4113 biologisk psykologi 1

Epigenetikk; arvesynden i ny innpakning? Dag O. Hessen University of Oslo, Dept. Biology Center of Ecological and Evolutionary Synthesis (CEES)

Hormonsystem. Soneterapi og massasjeterapi Gihealth.com. Læringsmål hormonsystemet

1. VETERINÆRPREPARATETS NAVN. Receptal vet. 4 mikrog/ml injeksjonsvæske, oppløsning 2. KVALITATIV OG KVANTITATIV SAMMENSETNING

Hva gjør vi på molekylærpatologisk laboratorium?

KYSTTORSK OG SKREI I LOFOTEN 2009

GENETISKE MEKANISMER INVOLVERT I SPREDING AV RESISTENS

Transkript:

Nevroendokrin regulering av kjønnsmodning Finn-Arne Weltzien Norges veterinærhøgskole NFR Havbrukskonferanse - 16.-18. april 2012

Regulering av pubertet og kjønnsmodning

Hjerne-hypofyse-gonadeaksen External stimuli (temperature, photoperiod, pheromones, etc.) Hjerne GnRH Dopamin + - Internal stimuli (biological clocks, nutritional status, etc.) GnRH = gonadotropi n-releasi ng hormone FSH = folli cle-sti mulati ng hormone LH = luteinizing hormone Hypofyse FSH LH + + Kjønnssteroider ++ +/- Gonader Steroidogenese og Gametogenese

Plasmanivå av FSH og LH hos regnbueørret - Hvordan reguleres den differensierte sekresjon av FSH og LH? Davies et al 1999 Gen Comp Endocrinol

NFR Havbruk: Differensiert regulering av FSH og LH Cellesignalering (elektrofysiologi / Ca 2+ imaging) Endringer ved pubertet Regulering av gonadotrope celler BPGkomponenter i tidlig utvikling Sesongvariasjoner Globalt genuttrykk (High-throughput sekvensering)

Komplementære modeller Medaka (Oryzias latipes) Torsk (Gadus morhua)

Oversikt 1. Elektrofysiologi og Ca 2+ imaging i gonadotrope celler 2. Transkriptomanalyse i gonadotrope celler

Mange endokrine celler fyrer aksjonspotesialer Frislipp av nevrotransmitter Na + Na + Ca 2+ Frislipp av nevrohormon Na + Ca 2+ Hormonsekresjon fra endokrine celler Na + Ca 2+

Dette involverer bl.a. Ca 2+ -strømmer Voltagedependent channels Agonistgated channels Ca 2+ Storeoperated channels Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ ATP ATP 3Na + Ca 2+- binding proteins Ca 2+ Endoplasmic reticulum Mitochondria K + Voltagedependent channels Ca 2+ -activated channels

Membranpotensial og hormonsekresjon varierer med [Ca 2+ ] i

Metode: Primærkultur fra hypofyse 1) Modnende torsk 2) Disseksjon av hypofyse Hypofyse 3) Primær cellekultur i petriskåler (Hodne et al Gen Comp Endocrinol 2012) 4) Elektrofysiologi / Ca2+ imaging Poreforming antibiotics Permeant ions Impermeant solutes

Spontane aksjonspotensialer fra gonadotrop celle hos torsk (sesongavhengig) Vmembrane (mv) 20 0-20 -40-60 -80 2s Haug et al. Neuroendocrinology 2007

Identifikasjon av ionekanaler i cellemembran Na+ L Ca2 K+ K+ 4-AP s ensitive vol ta ge gated (A-type) pota ssium channels TEA s ensitive vol ta ge gated (delayed rectifiers) pota ssium channels + Ni fedipine s ensitive vol ta ge gated L-type Ca l cium channels Bl ocking the calcium cha nnels wi th cobalt reduced outwa rd currents 20 Vmembrane (mv) TTX s ensitive vol ta ge gated s odium channels K+ 0 Indikasjon på Ca 2+ a kti verte K+ ka naler -20-40 -60-80 2s Haug et al. Neuroendocrinology 2007

Single-cell qpcr for identifisering av cellene Gonadotrope celler (FSH og LH) cell harvest a) For fenotyping av celler etter elektrofysiologi b) Genekspresjonsstudier 18 qpcr -(d/dt) fluorescence fluorescence 16 14 amplification curve 1 cell 1 cell -RT 12 10 EC NTC 8 6 4 2 Høsting av cytosol gjennom Patch-pipetten revers transkripsjon cdna presipitering 0 cycle number 65 70 75 80 85 Temperatur, C 90 95 Hodne et al BMC Mol Biol 2010

Identifikasjon av spesifikke GnRH reseptorer i gonadotrope celler Harvesting of cytosol trough a patch pipette Linear amplification of RNA Reverse transcription of RNA into cdna Hodne et al. in prep

Både FSH- og LH-celler får økt cytosolisk Ca2+ etter GnRH-stimulering (Fura-2 målinger) LH celle 0.5 ratio 50 s GnRH FSH celle GnRH Hodne et al. in prep

LH- og FSH-produserende celler viser ulik respons til GnRH (sesongavhengig) LH-celle FSH-celle 0 mv 0 mv GnRH GnRH Hodne et al. in prep

Kalsium-aktiverte kaliumkanaler (Kca) deltar i reguleringen av gonadotrope celler hos torsk Single-cell qpcr Halestrøm blokkeres vha KCa kanal blokkere 10 na 1s Hodne et al. in prep

Modell for LH-produserende celle hos torsk Na L + Ca2 K+ + Ca2+ Store IP3 γ β Na + L Ca2 α PLC PIP2 SK K+ K(Ca) + GnRH 1b and/or 2a receptor

Modell for FSH-produserende celle hos torsk Na L + Ca2 + BK L K(Ca) Ca2 K+ Ca2+ Store - Forskjellige signalveier fra GnRH-binding til sekresjon IP3 sesong - Genutrykk og membranegenskaper varierer med γ β Na + α PLC L Ca2 + K+ GnRH 1b and/or 2a receptor PIP2

Oversikt 1. Elektrofysiologi og Ca2+ imaging i gonadotrope celler 2. Transkriptomanalyse i gonadotrope celler

RNA-seq av lhb-gfp celler hos medaka - Transkriptomet før og etter pubertet Ager-Wick et al. in prep

Fra DNA-chips til RNA-Seq Ser bare det som er på chipen Én verdi per probe Unbiased deteksjon Millioner av korte sekvenser (reads) Normalisering Differensiert uttrykk Mapping/Kvantifisering Normalisering Differensiert uttrykk/alternativ splicing/ nye gener

Isolering av lhb-gfp gonadotrope celler lhb-gfp transgen medaka (hunnfisk) Disseksjon av hypofyser lhb-gfp gonadotroper sortert vha FACS RNA isolert fra lhb-gfp gonadotroper

Sekvensering av transkriptomet i LH-celler cdna syntetisert fra isolert RNA og amplifisert Amplifisert cdna sequenced vha Illumina HiSeq2000 Samarbeid med Norwegian Sequencing Center (Dr Robert Lyle, Ullevål sykehus)

Noen tall Stadium Hypoofyser Celler RNA cdna* Sekvenser (reads) Juvenil 130 13 000 6 ng 3 µg 81 x 106 Adult 60 80 000 50 ng 5 µg 68 x 106 * etter a mplifisering Ager-Wick et al. in prep

Mapped reads (%) Reads mapped til genom 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 91 % 94 % Adult Juvenile

Expressed genes (%) Andel gener som er uttrykt i LH-celler 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 70 % Juvenile 78 % Adult

Eksempel 1: Genuttrykksmønster 0 Juvenil 100 Adult

Eksempel 2: Spesifikke gener lhb genet er svært høyt uttrykt i LH-celler fra både juvenil og voksen medaka GnRH reseptorer (3 stk) er uttrykt på ulike nivå i LH-celler fra juvenil og voksen medaka Alle Ca2+-aktiverte K+-kanaler (BK, IK, SK1, SK2, SK3) er uttrykt i LH-celler

Konklusjon - transkriptomikk 1. Metode etablert for sekvensering av transkriptomet i LH- celler 2. Sekvensering av celler fra juvenile vs adulte hunnfisk 3. Sekvensanalyser pågår - Hvordan endrer gonadotropene seg gjennom pubertet? - Reseptorer for GnRH o.a. - Ionekanaler, spesielt KCa og Ca2+ - Intracellulære signalveier

Acknowledgements Finn-Arne Weltzien Rønnaug Strandabø Trude M. Haug Isabelle Heikkinen Jon Hildahl Rasoul Nourizadeh-Lillabadi Nouri Salima Aroua Kjetil Hodne Stine Berg Vaule Gunnveig Toft Bjørndal Kristine von Krogh Eirill Ager-Wick Rikke Lifjeld Line Victoria Moen

BAC konstrukt 25 kb upstream of lhb translation start site lhb exon 1 hrgfpii lhb Kozac + intron 1 ATG BAC golwb108_h20 BAC = Bacterial Artificial Chromosome 78 kb downstream of lhb lhb exon 2 poly A

lhb & lhr developmental gene expression - qpcr lhb 0,00025 B B 0,012 Norm s ta rt mrna exp lhr Norm s ta rt mrna exp 0,014 0,00020 0,010 0,008 0,00015 AB AB AB AB AB 0,006 0,004 A 0,002 A A A AB 0,00010 A A AB 0,00005 AB AB AB AB AB AB AB A 0,000 1 18 24 30 36 48 72 96 120 8 hpf 11 14 dpf 0,00000 1 18 24 30 36 48 72 120 8 hpf 11 14 dpf

Oversikt over delprosjekter 1. Transgen medaka (gfp-lhb) ny funksjon i tarm? 2. The first kiss of life 3. Elektrofysiologi og kalsium-imaging 4. Transkriptomanalyse i gonadotrope celler 5. Veien videre

Hjerne-hypofyse-gonadeaksen External stimuli Internal stimuli (temperature, photoperiod, pheromones, etc.) (biological clocks, nutritional status, etc.) Hjerne GnRH = gonadotropi n-releasi ng hormone FSH = folli cle-sti mulati ng hormone LH = lutei ni zi ng hormone GnRH Dopamin + Hypofyse FSH LH + + Gonader Steroidogenese og Gametogenese Kjønnssteroider ++ +/-

Mikroinjeksjon på én-cellestadiet (transgene linjer, gene knock-down)

Transgen linje lhb-gfp - medaka 4 dpf Collaboration: Dr K Okubo and Dr Y Nagahama

lhb-gfp uttrykk 48 96 hpf 48 hpf 200 m 48 hpf 200 m 48 hpf 48 hpf 200 m 48 hpf 200 m 48 hpf 70 μm 70 μm 96 hpf 200 m 96 hpf 200 m Hildahl et al 2012 Dev Dyn

lhb-gfp uttrykkes først i tarm Dette bildet k an ik k e v ises for øy eblik k et. 4dpfLH i tidlig tarm? - Hva gjør Dette bildet k an ik k e v ises for øy eblik k et. 4dpf 4dpf Hildahl et al 2012 Dev Dyn

Developmental tracing of lhb gene expression using gfp-transgenic medaka reveals a putative novel developmental function Photo: K Okubo Collaboration: Dr K Okubo and Dr Y Nagahama

Oversikt over delprosjekter 1. Transgen medaka (gfp-lhb) ny funksjon i tarm? 2. The first kiss of life 3. Elektrofysiologi og kalsium-imaging 4. Transkriptomanalyse i gonadotrope celler 5. Veien videre

Hjerne-hypofyse-gonadeaksen External stimuli Internal stimuli (temperature, photoperiod, pheromones, etc.) (biological clocks, nutritional status, etc.) Hjerne GnRH = gonadotropi n-releasi ng hormone FSH = folli cle-sti mulati ng hormone LH = lutei ni zi ng hormone GnRH Dopamin + Hypofyse FSH LH + + Gonader Steroidogenese og Gametogenese Kjønnssteroider ++ +/-

Kisspeptin «The gatekeeper of GnRH neurons» Pineal Fotoperiode Melatonin Gonader Binyrer Kjønnsteroider Glukokortikoider KISS nevron GnRH nevron

qpcr viser embryonalt uttrykk av kiss ligander og reseptorer Hodne et al (in prep.)

Knockdown av kiss ligand eller reseptor gir store misdannelser i utvikling av øyne og forhjerne Villtype Kiss1 KD Kissr2 KD Kissr1 KD A E I B F J Six3 Dag 1 M Dag 3 Øye N Manipulasjon for å hindre kjønnsmodning C - Hvilke følger får det? G K O Dlx2 Dag 2 Øye D H L Dag 3 Øye Hodne et al (in prep.) P

Involvement of calcium activated potassium channels (Kca) in regulating the electrical properties of gonadotrope cells in cod Hodne et al. in prep

Involvement of calcium activated potassium channels (Kca) in regulating the electrical properties of gonadotrope cells in cod The s ize of the tail current va ries depending on the s eason The s ize of the tail current correlates with the s ize of the fa s t after hyperpolarization (AHP) in fshb producing cells but NOT i n lhb producing cells 25 AHP (mv ) 20 15 10 Y = 0.3534 ± 0.05970X+0.8788 ± 2.072 5 2 R = 0.7956 0 0 20 40 60 Tail p (AS ) Ap duratio n (ms) 20 15 10 2 R = 0.2 291 5 0 0 50 100 150 Tail p (AS) Hodne et al. in prep